一种带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台及其使用方法与流程

本发明涉及电子信息工程教学领域，特别是一种带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台及其使用方法。

背景技术：

随着社会对应用型大学生需求的不断提高，现有的大学毕业生与职校生比起来，普遍存在动手能力不足，偏重理论知识，缺乏足够的企业实践时间和经验的积累，缺少足够多的大学期间各种灵活应用专业知识竞赛的磨练。许多高校已认识到上述问题，并在学科建设、专业构建和课程体系中强调了理论联系实际的教学形式，更加注重学生创新能力的培养。近年来，包括实验室网络化构建的高校校园信息化、数字化建设正是为解决上述问题而展开。实验教学是深化课堂教学的理论知识、发挥学生的主观能动性、培养科研与创新能力的重要手段，是从理论走向实践的桥梁，是高校教学中不可或缺的重要组成环节，是反映高校办学水平和科研水平的重要标志之一。实验条件的好坏直接影响到学生动手能力、科研与创新精神的培养。

但是，传统实验室原有的规模己不能满足大量学生的实验需求，学生的实验时间和空间都受到限制。对于专业性实验室，实验的仪器、带教老师、场所及时间协调等诸多因素的影响，对于一些工业环境下、要求条件苛刻的实验，学生通常没有机会进行，因而学生对这类知识的掌握也就相对薄弱。此外，不同学科的交叉使得单一的专业性实验室缺乏综合性的集成认知。在这种情况下，能够建立专业虚拟仿真实验室，而且建立融合不同学科、不同专业、不同知识领域的虚拟实验室，以此为基础完成校园意义上的数字化虚拟仿真实验平台，结合网络做到不出宿舍、只凭一台电脑、甚至于一部手机即可完成虚拟实验的完成。这样所构建的平台相比于传统意义上的真实实验室除了具有成本节约、消耗降低、能模拟实验过程、减少实验老师压力、提高学生学习兴趣和实验成功率以外，还可以使学科的交叉和融合真正实现了实际操作层面的体现。

此外，教师作为学生知识的传授者，同时也担负着社会服务和科学研究等方面的工作。教师应该把帮助企业解决技术难题的专业技术知识与所教授的理论知识较好地结合起来，借助一定的技术手段，让学生在学习过程中有置身于企业生产环境中的教学效果。虚拟仿真实验教学就是一个能让学生“身临其境”、理论联系实践的很好的教学形式和手段。

我国的虚拟实验室研究起步较晚，但己得到极大的重视，部分高校建立了自己的虚拟实验室。比如清华大学的汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院的工程测试实验室；中国农业大学建立的网上虚拟土壤作物系统实验室；湖南大学的生物医学纳米器件重点实验室；四川大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了“航空电台二线综合测试仪”，将多台仪器集成于一体组成虚拟仪器系统。南京大学、华中科技大、东南大学、复旦大学、上海交大等高校也研发了新的虚拟仪器系统用于教学和科研。

但是传统虚拟检测教学平台通过网络访问，根据已经设定的参数值实现虚拟仪器和相关电路的检测，仅仅是从实地实验室搬到网上虚拟的实验室，并没有结合实际企业生产过程，使学生缺乏直观的感受；其次，传统检测网站侧重于labview软件开发，其优势是便于虚拟和网络远程访问，但其缺乏信号与信息处理的强大功能；最后，传统的虚拟检测教学平台内容单一，仅是设备或检测装置的虚拟实现，缺乏从整体到局部，从实践到实验、从实体到虚拟的多学科专业角度切入展示虚拟检测教学平台。

因此，针对上述不足，本发明构建一个集合电子信息、机械、土建专业知识和艺术特色的虚拟检测教学平台。该平台基于网站存在，其内容为超薄材料生产线一致性的检测，包括超薄材料厚度和表面缺陷检测。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种将实际工业生产线和检测设备、虚拟动态模拟生产线和检测设备以及检测设备的应用软件相结合，使学生在操作过程中感同身受，提高学生的理论联系实际的能力。学生可通过网站访问该虚拟实验系统，结合所学的信号与系统、数字信号处理等专业知识进一步通过虚拟实践感受算法在工业实践中的运用的带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台及其使用方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台，包括虚拟仿真实验室三维环境模块、虚拟仿真实验室中实体检测设备、虚拟仿真实验室三维仿真检测设备、虚拟检测数据模块和虚拟检测软件程序。

进一步的，所述虚拟仿真实验室三维环境模块采用软件sketchup和lumion动态三维化实体的实验室以及实验室内部的检测设备。

进一步的，所述虚拟仿真实验室中实体检测设备包括用于工业现场的超薄材料厚度检测设备和表面缺陷机器视觉检测设备、实验室调试用厚度检测设备和表面缺陷机器视觉检测设备。

进一步的，所述虚拟仿真实验室三维仿真检测设备采用软件solidwork三维化实验室调试用厚度检测设备，展示厚度检测设备中扫描机构和检测平台静止、检测平台静止和扫描机构不同速度扫描、检测平台以不同速度往复运动和扫描机构静止、检测平台以不同速度往复运动和扫描机构以不同速度扫描四种方式，实现虚拟厚度检测过程；所述虚拟仿真实验室三维仿真检测设备采用软件solidwork三维化实验室调试用表面缺陷机器视觉检测设备，通过动态展示表面缺陷机器视觉检测设备中传动机构和ccd相机静止、表面缺陷机器视觉检测设备中传动机构以不同速度传动和ccd相机静止两种方式，实现虚拟缺陷检测过程。

进一步的，所述虚拟数据检测模块采集工业现场的实际超薄材料的厚度数据存为文本格式植入平台，所述虚拟数据检测模块采集工业现场超薄材料表面缺陷检测的视频存为avi格式和各类静态缺陷图片植入平台。

进一步的，所述虚拟检测软件程序采用matlab软件开发人机界面实现超薄材料厚度和表面缺陷检测，所述虚拟检测软件程序用于文本厚度数据和avi缺陷视频数据的读取功能；图像动态和静态演示功能；对厚度数据的时域滤波、平均滤波、递归滤波等滤波方法的选择以及图像显示；对视频数据和静态图片数据的灰度检测、二值化、边缘检测等图像处理功能。

一种带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台使用方法，其特征在于步骤包括：

步骤1：访问“虚拟检测仿真实验室”目录下的内容，该内容为虚拟实验室的展示视频；

步骤2：访问“实体检测设备展示区”目录下的内容，该内容包含“企业用激光测厚仪”、“教学用激光测厚仪”、“教学用缺陷检测设备”和“模拟导光板生产线厚度检测仪”实体检测设备；

步骤3：访问“虚拟检测展示区”目录下的内容，该内容包含“虚拟仪器缺陷检测平台展示”和“教学缺陷检测设备三维图”；

步骤4：访问“虚拟软件展示区”目录下的内容，该内容包含“matlab虚拟软件”、“厚度检测软件、缺陷检测软件”和“虚拟厚度、缺陷检测软件”；

步骤5：网站“实验讲义”提供8项实验的指导，其中包括“实验1二维高精度丝杆传动和步进电机驱动控制”、“实验2基于matlab的上位机监控界面编程设计”、“实验3基于matlab的串口通信及数据采集”、“实验4丝杠控制系统设计”、“实验5静态厚度高精度测量与控制”、“实验6二维动态厚度高精度测量与控制”、“实验7多种测量数据软件处理设计”、“实验8下位机测控与显示界面设计”。

进一步的，步骤2具体包括：

步骤2.1：访问“企业用激光测厚仪”目录，包含以下内容：

第一部分包含锂电池薄膜生产过程和该检测设备的检测图片，其内容包括“第1步：准备锂电池化学原料”、“第2步：原料到进入料口”、“第3步：控制面板调整刀片厚度”、“第4步：未凝固锂电池准备进入恒温箱冷却”、“第5步：恒温箱出料”、“第6步：激光在线监测厚度装置”、“第7步：激光在线监测厚度装置软件”；

第二部分包含“第二代激光测厚仪”的相关图片介绍；

第三部分包含“企业用激光测厚仪”相关发明专利证书和软件著作权；

第四部分包含“企业用激光测厚仪”在线生产视频；

步骤2.2：访问“教学用激光测厚仪”目录，包含该测厚仪的相关图片和实验室检测视频；

步骤2.3：访问“教学用缺陷检测设备”目录，包含该缺陷检测设备的相关图片和实验室检测视频；

步骤2.4：访问“模拟导光板生产线厚度检测仪”目录，包含该检测设备的相关图片和实验室检测视频。

进一步的，步骤3具体包括：

步骤3.1：访问“虚拟仪器缺陷检测平台展示”目录，其内容包括该平台和相关部件的动态三维视频图；

步骤3.2：访问“教学缺陷检测设备三维图”目录，其内容包括该平台和相关部件的动态三维视频图；

进一步的，步骤4具体包括：

步骤4.1：该部分可以下载上述软件，其中“matlab虚拟软件”运行后可以自动切换并打开“厚度检测软件、缺陷检测软件”和“虚拟厚度、缺陷检测软件”，“厚度检测软件、缺陷检测软件”需要硬件和matlab软件支撑运行，“虚拟厚度、缺陷检测软件”不需借助硬件和matlab软件支撑，即可运行；

步骤4.2：“虚拟厚度、缺陷检测软件”为一个可安装包，下载到本地硬盘后，不需要安装matlab软件，即可直接打开；

在“测厚部分”，点击“测量”，可以导入扫描机构静态和动态的企业实测锂电池厚度文本数据，在图形窗口可以看到数据波动图像，“实时厚度”窗口显示实测数据厚度，点击“厚度数据处理”可以实现中值滤波、平均滤波等滤波算法，并将滤波后的数据显示在图形窗口；

在“视频部分”，点击“检测视频”，可以导入企业实测锂电池薄膜表面缺陷视频，在图形显示窗口左侧显示实际拍摄视频，右侧显示经过灰度转化、二值化处理后的图像；点击“检测图像”，可以导入锂电池缺陷图像，图形显示窗口左侧显示实际缺陷图像，右侧显示经过灰度转化、二值化处理后的图像。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明实现工业超薄材料生产检测设备移植于虚拟检测教学平台，该平台基于网站将工业用检测设备及其实际检测过程的视频和图像植入网站、三维化检测设备、三维化虚拟实验室并将三维检测设备植入虚拟实验室、构建虚拟超薄材料一致性检测软件、将工业生产检测厚度数据和机器视觉视频数据虚拟化并用于虚拟软件、使用者可通过网络访问下载matlab打包后软件和数据在本地电脑上实现上述检测过程的学习和实现。通过上述展示和检测过程实现虚拟检测教学平台的设计，可以使学生不用进入工业生产环境，在任何时间任何地点，不用安装matlab软件，将实体检测过程和虚拟检测软件、数据相结合，将所学的专业知识用于软件的分析和开发。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的虚拟检测软件程序结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，一种带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台，包括虚拟仿真实验室三维环境模块、虚拟仿真实验室中实体检测设备、虚拟仿真实验室三维仿真检测设备、虚拟检测数据模块和虚拟检测软件程序。

所述虚拟仿真实验室三维环境模块采用软件sketchup和lumion动态三维化实体的实验室以及实验室内部的检测设备。实体超薄材料一致性检测设备放置于实体的实验室中运行，三维虚拟实验室中主要布局各类三维检测设备、三维计算机、三维桌子等。

所述虚拟仿真实验室中实体检测设备包括用于工业现场的超薄材料厚度检测设备和表面缺陷机器视觉检测设备、实验室调试用厚度检测设备和表面缺陷机器视觉检测设备。虚拟检测教学平台依托虚拟检测网站，将工业现场的厚度检测设备和表面缺陷机器视觉检测设备的实际检测视频(包括硬件的扫描和软件的显示)和图像植入网站。

所述虚拟仿真实验室三维仿真检测设备采用软件solidwork三维化实验室调试用厚度检测设备，展示厚度检测设备中扫描机构和检测平台静止、检测平台静止和扫描机构不同速度扫描、检测平台以不同速度往复运动和扫描机构静止、检测平台以不同速度往复运动和扫描机构以不同速度扫描四种方式，实现虚拟厚度检测过程；所述虚拟仿真实验室三维仿真检测设备采用软件solidwork三维化实验室调试用表面缺陷机器视觉检测设备，通过动态展示表面缺陷机器视觉检测设备中传动机构和ccd相机静止、表面缺陷机器视觉检测设备中传动机构以不同速度传动和ccd相机静止两种方式，实现虚拟缺陷检测过程。

所述虚拟数据检测模块采集工业现场的实际超薄材料的厚度数据存为文本格式植入平台，所述虚拟数据检测模块采集工业现场超薄材料表面缺陷检测的视频存为avi格式和各类静态缺陷图片植入平台。以上2种数据即为虚拟检测软件实现虚拟检测时的数据来源。

所述虚拟检测软件程序框图如图2所示，所述虚拟检测软件程序采用matlab软件开发人机界面实现超薄材料厚度和表面缺陷检测，所述虚拟检测软件程序用于文本厚度数据和avi缺陷视频数据的读取功能；图像动态和静态演示功能；对厚度数据的时域滤波、平均滤波、递归滤波等滤波方法的选择以及图像显示；对视频数据和静态图片数据的灰度检测、二值化、边缘检测等图像处理。该软件由matlab人机界面实现，传统matlab软件一般达几个g大小，matlab专门工具包可以对该软件打包，打包后只需要安装一个100-200m左右的可执行(exe)文件，即可实现软件在不同位计算机、不同操作系统的虚拟仿真的实现。

此外，平台提供matlab原程序，用户可以下载并在本地电脑matlab软件上调试、开发，进一步拓展该软件的使用功能。

一种带有工业超薄材料生产检测设备的虚拟检测教学平台使用方法，其特征在于步骤包括：

步骤1：访问“虚拟检测仿真实验室”目录下的内容，该内容为虚拟实验室的展示视频，点击以后可以全面了解三维实验室环境中三维检测设备。

步骤2：访问“实体检测设备展示区”目录下的内容，该内容包含“企业用激光测厚仪”、“教学用激光测厚仪”、“教学用缺陷检测设备”和“模拟导光板生产线厚度检测仪”实体检测设备。

步骤2.1：访问“企业用激光测厚仪”目录，包含以下内容：

第一部分包含锂电池薄膜生产过程和该检测设备的检测图片。其内容包括“第1步：准备锂电池化学原料”、“第2步：原料到进入料口”、“第3步：控制面板调整刀片厚度”、“第4步：未凝固锂电池准备进入恒温箱冷却”、“第5步：恒温箱出料”、“第6步：激光在线监测厚度装置”、“第7步：激光在线监测厚度装置软件”。

第二部分包含“第二代激光测厚仪”的相关图片介绍。

第三部分包含“企业用激光测厚仪”相关发明专利证书和软件著作权。

第四部分包含“企业用激光测厚仪”在线生产视频。

步骤2.2：访问“教学用激光测厚仪”目录，包含该测厚仪的相关图片和实验室检测视频。

步骤2.3：访问“教学用缺陷检测设备”目录，包含该缺陷检测设备的相关图片和实验室检测视频。

步骤2.4：访问“模拟导光板生产线厚度检测仪”目录，包含该检测设备的相关图片和实验室检测视频。

步骤3：访问“虚拟检测展示区”目录下的内容，该内容包含“虚拟仪器缺陷检测平台展示”和“教学缺陷检测设备三维图”。

步骤3.1：访问“虚拟仪器缺陷检测平台展示”目录，其内容包括该平台和相关部件的动态三维视频图。

步骤3.2：访问“教学缺陷检测设备三维图”目录，其内容包括该平台和相关部件的动态三维视频图。

步骤4：访问“虚拟软件展示区”目录下的内容，该内容包含“matlab虚拟软件”、“厚度检测软件、缺陷检测软件”和“虚拟厚度、缺陷检测软件”。

步骤4.1：该部分可以下载上述软件，其中“matlab虚拟软件”运行后可以自动切换并打开“厚度检测软件、缺陷检测软件”和“虚拟厚度、缺陷检测软件”。“厚度检测软件、缺陷检测软件”需要硬件和matlab软件支撑运行，“虚拟厚度、缺陷检测软件”不需借助硬件和matlab软件支撑，即可运行。

步骤4.2：“虚拟厚度、缺陷检测软件”为一个可安装包，下载到本地硬盘后，不需要安装matlab软件，即可直接打开。

在“测厚部分”，点击“测量”，可以导入扫描机构静态和动态的企业实测锂电池厚度文本数据，在图形窗口可以看到数据波动图像。“实时厚度”窗口显示实测数据厚度。点击“厚度数据处理”可以实现中值滤波、平均滤波等滤波算法，并将滤波后的数据显示在图形窗口。

在“视频部分”，点击“检测视频”，可以导入企业实测锂电池薄膜表面缺陷视频，在图形显示窗口左侧显示实际拍摄视频，右侧显示经过灰度转化、二值化处理后的图像。点击“检测图像”，可以导入锂电池缺陷图像，图形显示窗口左侧显示实际缺陷图像，右侧显示经过灰度转化、二值化处理后的图像。

步骤5：网站“实验讲义”提供8项实验的指导，其中包括“实验1二维高精度丝杆传动和步进电机驱动控制”、“实验2基于matlab的上位机监控界面编程设计”、“实验3基于matlab的串口通信及数据采集”、“实验4丝杠控制系统设计”、“实验5静态厚度高精度测量与控制”、“实验6二维动态厚度高精度测量与控制”、“实验7多种测量数据软件处理设计”、“实验8下位机测控与显示界面设计”。可以参考相关指导书实现各种实验。